暗立井反井施工一次成井法施工技術(shù)

繆志炳，邱曉念

（同煤大唐塔山煤礦有限公司，山西 大同 037000）

塔山礦現(xiàn)主采石炭二疊系3～5#煤層，為高瓦斯礦井。綜放工作面瓦斯治理以風(fēng)排為主，工作面采用U+I型三巷布置形式，即沿3～5#煤層底板布置一進一回兩條順槽，另外內(nèi)錯回風(fēng)順槽20 m布置一條頂板高抽巷。與高抽巷相接的瓦斯抽放管路均安裝在3～5#煤層回風(fēng)大巷。這樣就造成了塔山礦3～5#煤層回風(fēng)大巷風(fēng)量大、風(fēng)阻大、風(fēng)速易超限、礦井供風(fēng)緊張等問題。為此，塔山礦提前開拓一盤區(qū)及二盤區(qū)8#層回風(fēng)大巷，主要就是為了構(gòu)筑雙回風(fēng)系統(tǒng)，以達到降阻增風(fēng)的目的。

一盤區(qū)及二盤區(qū)8#層回風(fēng)大巷與上位的3～5#層回風(fēng)大巷重疊布置。在一盤區(qū)8#層回風(fēng)巷掘進至5112巷對應(yīng)位置（里程3 703 m），二盤區(qū)8#層回風(fēng)巷掘進至2228巷對應(yīng)位置（里程2 670 m）時，一方面由于巷道供電、出煤、輔運、通風(fēng)等各系統(tǒng)過長，另一方面也為盡快發(fā)揮一盤區(qū)8#層回風(fēng)巷及二盤區(qū)8#層回風(fēng)巷作用，需及時聯(lián)通3～5#煤層回風(fēng)大巷與8#煤層回風(fēng)大巷，形成雙回風(fēng)系統(tǒng)。

經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，塔山礦選擇了反井施工一次成井法施工暗立井用以作回風(fēng)聯(lián)絡(luò)通道[1-3]。下面就塔山礦一盤區(qū)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)暗立井該施工法工藝技術(shù)進行詳細(xì)闡述。

1 暗立井反井施工方法的選定

塔山礦一盤區(qū)3～5#煤層與8#煤層之間層間距為40 m，3～5#煤層回風(fēng)大巷與8#煤層回風(fēng)大巷聯(lián)絡(luò)巷設(shè)計可選擇以下三種方案：

方案一：采用暗斜井聯(lián)絡(luò)。暗斜井坡度12°，長度300 m，其中穿層段250 m；巷道斷面為矩形，規(guī)格4 m×3.3 m（寬×高），凈斷面面積12.16 m2，炮掘施工。

方案二：采用暗立井聯(lián)絡(luò)。立井直徑5 m，長度40 m，凈斷面面積19.6 m2，采用反井溜渣再刷擴施工法。塔山礦于2218回風(fēng)繞道采取此法施工了一個直徑5 m的暗立井，見文獻[4]。

方案三：采用暗立井聯(lián)絡(luò)。施工一對直徑3 m暗立井，長度34 m，凈斷面面積14.13 m2，采用反井施工法一次成井。

以上三種方案優(yōu)缺點比較如表1所示。

表1 三種方案的優(yōu)缺點比較

經(jīng)過安全、經(jīng)濟、技術(shù)綜合比較，方案三優(yōu)勢明顯，故而選擇方案三，采用反井施工法一次成井，暗立井聯(lián)絡(luò)。

2 工程概況

2.1 暗立井設(shè)計參數(shù)

塔山煤礦一盤區(qū)3～5#煤層—8#煤層回風(fēng)聯(lián)絡(luò)暗立井位于5112回風(fēng)繞道，共設(shè)計兩個反井，兩個暗立井中心距11 m，設(shè)計深度34 m，井口標(biāo)高+1 018 m，井底標(biāo)高+984 m，直徑3 m。

3～5#層煤層與8#煤層之間為砂巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖等互層，圍巖完好。暗立井支護設(shè)計為：孔口3 m范圍鋼筋混凝土+錨桿支護，孔底3 m范圍噴漿+錨索支護，中間段噴漿支護。一盤區(qū)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)暗立井設(shè)計平、剖面如圖1所示。

圖1 一盤區(qū)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)暗立井（5112）平、剖面

2.2 施工機具選型及鉆場空間設(shè)計

使用BMC400反井鉆機施工，配套主泵功率為2×75 kW，副泵功率為18.5 kW，泥漿泵根據(jù)塔山礦實際條件選型，揚程50 m，功率45 kW。配套鉆桿分兩種，分別為φ228 mm×1 550 mm（普通桿）和φ267 mm×1 550 mm（穩(wěn)定桿），每根鉆桿有效長度為1 400 mm。導(dǎo)孔鉆頭直徑為φ270 mm，擴孔鉆頭直徑為φ3 000 mm。設(shè)備布置如圖2所示。鉆場寬5.5 m，局部高5.5 m，長22.5 m，鉆場平、剖面如圖3所示。

圖2 一盤區(qū)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)鉆孔反井施工設(shè)備布置

圖3 一盤區(qū)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)鉆孔反井施工鉆場平、剖面

3 施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）提前勘查設(shè)備運輸路線，確定運輸方式，存在問題提前處理。

（2）提前勘查供電路線，出具供電設(shè)計圖，并組織實施。

（3）從就近1070回風(fēng)大巷取靜壓水，引至施工地點，滿足施工期間用水需要，供水量不小于12 m3/h。

（4）于5112回風(fēng)繞道鉆場安裝一臺瓦斯探頭，并對施工區(qū)域所有用電設(shè)備實現(xiàn)瓦斯電閉鎖。于5112回風(fēng)繞道上下水平巷道分別安裝一部防爆電話，形成通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

（5）由地測部門根據(jù)鉆孔施工圖，放線給定鉆孔中心位置。

3.2 施工流程

鉆機及配套設(shè)備安裝→打地錨固定鉆機底座→系統(tǒng)調(diào)試試運轉(zhuǎn)→導(dǎo)孔鉆進→拆導(dǎo)孔鉆頭，接擴孔鉆頭→擴孔鉆進和下口出渣→擴孔結(jié)束。

3.3 導(dǎo)孔施工

鉆機安裝完成后，對鉆機進行調(diào)平找正，保證開孔垂直度。使用地錨桿將鉆機固定后開始導(dǎo)孔鉆進，由上向下鉆進施工。將導(dǎo)孔鉆頭與穩(wěn)定鉆桿以絲扣連接在一起進行開孔作業(yè)，采用低鉆壓、低扭矩穩(wěn)步開孔，進一步保證開孔垂直度。導(dǎo)孔鉆進的過程，也是對地層的勘探過程，反井鉆機雖然不是取芯鉆進，但根據(jù)對鉆進過程觀測以及返出巖屑的情況，可以對地層有初步定性分析和了解，為擴孔鉆進、孔壁維護提供參考。

3.4 擴孔施工

導(dǎo)孔鉆進與下水平巷道貫通后，在下水平安裝擴孔鉆頭。安裝前首先將吊帽等專用工具運至井底，擴孔鉆頭運到鉆孔中心點地面。確保上下水平通訊通暢，連接時上下呼應(yīng)，上水平鉆機操作手根據(jù)下水平指令操作。

3.5 完孔及鉆機拆除

當(dāng)鉆頭擴孔至距上水平鉆機基礎(chǔ)2.5 m時，降低鉆壓慢速鉆進，認(rèn)真觀察，如果基礎(chǔ)周圍出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，要及時采取措施處理，之后繼續(xù)緩慢進行擴孔，直至鉆頭露出上水平面。完孔后，將擴孔鉆頭固定懸掛，將鉆架主機和一些輔助設(shè)備拆下。然后將鉆頭提出孔外，運到井上；再將泵車、油箱等拆裝整理、運輸。清理現(xiàn)場后，全部鉆孔工作結(jié)束。

4 社會及經(jīng)濟效益

塔山礦于一盤區(qū)及二盤區(qū)均采用反井施工一次成井法成功施工了3～5#層回風(fēng)大巷與8#層回風(fēng)大巷之間的通風(fēng)聯(lián)絡(luò)暗立井，形成雙回風(fēng)系統(tǒng)后，降阻增風(fēng)效果顯著。

經(jīng)濟效益：原設(shè)計一個回風(fēng)聯(lián)絡(luò)斜巷300 m，約需240萬元，取而代之以2個34 m直徑3 m的暗立井，工程費用為136萬元，即每個回風(fēng)聯(lián)絡(luò)通道較原設(shè)計節(jié)省費用104萬元。

5 結(jié)語

暗立井反井施工一次成井法相較于斜井施工及傳統(tǒng)的暗立井施工方法，施工工藝簡單，安全性高，成孔速度快，優(yōu)點明顯。但此方法存在井筒支護與掘進無法同步進行，成孔后井筒支護施工難度大等問題，故該方法不適用于圍巖不穩(wěn)定，井筒支護要求高的立井施工。對于圍巖穩(wěn)定，功能相對單一的立井（比如回風(fēng)立井）施工，該施工方法具有積極的推廣和借鑒意義。